淺析呂梁環(huán)城高速公路郭家溝1號(hào)大橋采空區(qū)治理工程施工技術(shù)

馬海兵，成文海

（山西呂梁路橋有限公司，山西 呂梁 033000）

呂梁環(huán)城高速公路郭家溝1號(hào)大橋采空區(qū)治理工程區(qū)內(nèi)揭露地層從上到下有：雜填土、粉質(zhì)黏土、石炭系泥砂巖及奧陶系灰?guī)r。采空區(qū)埋深41.3～82.8 m，充分采動(dòng)，采厚為2.5 m，回采率80%，該采空區(qū)屬于大空洞采空區(qū)。采空區(qū)場(chǎng)地不穩(wěn)定。

1 實(shí)例探討郭家溝1號(hào)大橋采空區(qū)治理工程施工技術(shù)

1.1 工程概況

呂梁環(huán)城高速公路郭家溝1號(hào)大橋采空區(qū)治理工程采空區(qū)段落分布于K6+441-K6+747，采空區(qū)總長(zhǎng)306 m。建設(shè)內(nèi)容包括地面灌注細(xì)石混凝土及砂漿和井下砌筑止?jié){墻，本項(xiàng)目劃分為一個(gè)施工合同段。

1.2 施工前工程準(zhǔn)備情況

1.2.1 相關(guān)技術(shù)工作準(zhǔn)備

本項(xiàng)目在施工之前采用全站儀進(jìn)行線路導(dǎo)線復(fù)測(cè)、項(xiàng)目測(cè)量方法采用水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)。施工前認(rèn)真熟悉圖紙、技術(shù)規(guī)范，為鉆孔作好準(zhǔn)備工作。

1.2.2 施工場(chǎng)地工作準(zhǔn)備

工程施工場(chǎng)地應(yīng)達(dá)到三通一平，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求即可。

工程用水方面就近用水車(chē)?yán)?，在施工現(xiàn)場(chǎng)修建兩個(gè)蓄水池，來(lái)保證工程用水。

工程用電方面就近從建管處專線或礦上接入動(dòng)力電源至施工現(xiàn)場(chǎng)。并備用3套發(fā)電機(jī)組，作為應(yīng)急措施，確保停電時(shí)正常灌漿。

工程場(chǎng)地及道路方面橋頭南側(cè)土臺(tái)整平，整平工作量約為14 500 m3。便道一側(cè)設(shè)置排水設(shè)施，確保雨季施工安全。便道路面用20 cm厚的石渣鋪設(shè)，并由專人負(fù)責(zé)維護(hù)。

1.2.3 施工工期安排

本工程計(jì)劃開(kāi)工日期：2016年7月5日，具體開(kāi)工時(shí)間以監(jiān)理工程師（業(yè)主）下達(dá)的開(kāi)工令為準(zhǔn)；本工程計(jì)劃交工日期：2016年8月20日；計(jì)劃工期：45日歷天。

1.2.4 機(jī)械、材料準(zhǔn)備

施工材料由第一批項(xiàng)目人員制定詳細(xì)的工程材料需求計(jì)劃表，就近采購(gòu)，并在最短時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)工材料的儲(chǔ)備工作。除業(yè)主指定的材料外，積極聯(lián)系工程用的其他材料和當(dāng)?shù)毓┴浬毯灦ê贤?，汽?chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

1.3 采空區(qū)治理方案

根據(jù)設(shè)計(jì)，本治理工程采用地面灌注細(xì)石混凝土為主，井下砌筑為輔，塌陷冒落部位及礦柱孔灌注M10水泥砂漿的治理方案。

1.3.1 注漿孔平面設(shè)計(jì)[1]

在橋梁采空區(qū)影響范圍內(nèi)注漿孔呈梅花型布設(shè)，由北向南排列，共11排，第一排距橋梁中心南側(cè)18 m，前7排排距、孔距均為5 m，后4排排距和孔距均為10 m，橋梁中心及南側(cè)布設(shè)兩排孔，排距和孔距均為10 m。

在0號(hào)橋臺(tái)西側(cè)灌注孔梅花型布設(shè)，由北至南排列，共4排，第一排距路基中心南側(cè)20 m，排距和孔距均為20 m。若相鄰兩個(gè)鉆孔均為采空區(qū)掉鉆孔，建議兩孔間增加1孔進(jìn)行驗(yàn)證并補(bǔ)漿處理。

3條主巷道灌注段累計(jì)長(zhǎng)度430 m，孔間距10 m。平面設(shè)計(jì)圖如圖1。

圖1 灌注孔位平面設(shè)計(jì)圖（比例：1∶1000）

1.3.2 采空區(qū)的治理范圍

據(jù)設(shè)計(jì)資料顯示，影響區(qū)域范圍為K6+441-K6+747段，長(zhǎng)度為306 m，寬度為橋梁中心至南邊最大距離96 m，最小距離64 m，治理面積約12 792 m2。

1.3.3 采空區(qū)治理施工順序

橋梁南側(cè)為礦層采區(qū)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，高速公路橋梁圍護(hù)帶寬度最小值為20 m，為保證橋梁運(yùn)營(yíng)安全，首先應(yīng)加固橋梁南側(cè)20 m范圍，即18 m+15 m-12.5 m=20.5 m。所以首先應(yīng)施工橋梁南側(cè)前4排孔。4排孔號(hào)為1～156號(hào)，沿橋梁方向處治長(zhǎng)度為0號(hào)橋臺(tái)起，7號(hào)橋墩止，寬度為15 m。

處理完橋梁南側(cè)前4排孔7 d后方可進(jìn)行橋梁正下方及橋梁北側(cè)物探異常區(qū)的鉆探驗(yàn)證工作。

路基下的通風(fēng)巷、運(yùn)輸巷及材料巷穩(wěn)定性評(píng)價(jià)為穩(wěn)定。封堵工程目的是為了防止再次盜采，其危險(xiǎn)性較低，故可以考慮推后施工。但考慮到通車(chē)迫在眉睫，故可考慮先施工路基下巷道。路基邊坡下巷道施工可推后。

其余注漿處治順序?yàn)閺奈鞯綎|、從南到北，先做帷幕孔再做其他注漿孔。

1.4 采空區(qū)灌漿加固[2]

1.4.1 采空區(qū)灌漿孔的布設(shè)

在本工程中運(yùn)用了帷幕孔布設(shè)和灌漿孔布設(shè)兩種。

1.4.1.1 帷幕孔布設(shè)

為了防止在壓力注漿過(guò)程中漿液的四處蔓延，為此設(shè)計(jì)了帷幕孔。帷幕孔布在處理區(qū)周邊，重點(diǎn)是橋梁西側(cè)邊緣，V-1～V-7號(hào)帷幕孔孔距 5 m，V-7～V-11號(hào)帷幕孔孔距10 m。南側(cè)邊緣帷幕孔孔距10 m。

1.4.1.2 灌漿孔布設(shè)

在橋梁采空區(qū)影響范圍內(nèi)注漿孔呈梅花型布設(shè)，由北向南排列，共11排，第一排距橋梁中心南側(cè)18 m，向南依次排序。前7排排距、孔距均為5 m，后4排排距和孔距均為10 m，橋梁中心及南側(cè)布設(shè)兩排孔，排距和孔距均為10 m。在0號(hào)橋臺(tái)西側(cè)灌注孔梅花型布設(shè)，由北至南排列，共4排，第一排距路基中心南側(cè)20 m，排距和孔距為20 m。若相鄰兩個(gè)鉆孔均為采空區(qū)，兩孔間增加一個(gè)孔。3條主巷道灌注段累計(jì)長(zhǎng)度430 m，孔間距10 m。

1.4.2 灌漿孔施工工藝

1.4.2.1 定點(diǎn)

灌漿孔應(yīng)用全站儀進(jìn)行實(shí)地測(cè)量放樣，鉆孔實(shí)際位置原則誤差不應(yīng)超過(guò)0.5 m，當(dāng)受地形影響，無(wú)法就位時(shí)，經(jīng)監(jiān)理和設(shè)計(jì)代表認(rèn)可后適當(dāng)予以調(diào)整。具體放孔方案為：首先布設(shè)取芯孔，分為采空區(qū)邊緣取芯孔與采空區(qū)內(nèi)取芯孔及橋梁附近取芯孔3種。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采空區(qū)取芯孔數(shù)量為5%的鉆孔總數(shù)。鉆孔總數(shù)為440個(gè)，取芯孔數(shù)量為22個(gè)。

具體取芯孔位置為6個(gè)橋墩附近安排12個(gè)，采空區(qū)周邊安排6個(gè)孔，采空區(qū)內(nèi)安排4個(gè)孔。

1.4.2.2 鉆探

地質(zhì)鉆機(jī)施工（水鉆）用φ146鉆頭開(kāi)孔，鉆至完整基巖6 m后，下入管徑φ146的PVC管護(hù)壁，然后變徑為φ127，在第四系卵石、礫石層采用跟管鉆進(jìn)。用φ127鉆頭鉆至采空區(qū)底板或礦層以下1 m。5%的鉆孔進(jìn)行全孔取芯，其他鉆孔開(kāi)孔不取芯，鉆至設(shè)計(jì)深度以上20 m開(kāi)始取芯，以便指導(dǎo)鉆探和灌漿施工。鉆孔施工過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、掉鉆、埋鉆等現(xiàn)象要詳細(xì)記錄深度、層位和耗水量。

考慮大橋邊緣及橋下礦層范圍內(nèi)存在的冒落碎屑物及上部的松散層遇水后會(huì)破壞自身的結(jié)構(gòu)性產(chǎn)生變形甚至坍塌。為保持地層原有結(jié)構(gòu)不受破壞，項(xiàng)目部決定橋周?chē)罢路降你@孔采用潛孔錘鉆機(jī)鉆探成孔。

其工藝為用φ150的鉆頭開(kāi)孔，鉆至穩(wěn)定基巖6 m后，變徑130 mm鉆至設(shè)計(jì)深度，下入護(hù)壁管及注漿管。及時(shí)做好鉆探過(guò)程記錄，仔細(xì)觀察吹起的巖粉顏色及灰塵大小，如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)漏風(fēng)、掉鉆、卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象，要詳細(xì)記錄深度、層位及漏風(fēng)量。

1.4.2.3 鉆孔施工順序

先用風(fēng)鉆施工大橋南側(cè)前4排，即1～156號(hào)孔?？紤]到地形及工期要求等影響因素，故先施工場(chǎng)地平整區(qū)的鉆孔，采用流水作業(yè)施工。

1.4.3 材料要求

灌漿材料：C20細(xì)石混凝土，塌落度宜為160～200 mm；水泥砂漿M10；PVC管厚度3～5 mm。

1.4.4 采空區(qū)工程量

鉆孔總數(shù)440個(gè)，其中巷道孔38個(gè)，帷幕孔31個(gè)，注漿孔371個(gè)；鉆孔總進(jìn)尺35 999 m，其中土層厚度15 848 m，次堅(jiān)石20 151 m等。

1.5 采空區(qū)施工工藝[3]

1.5.1 注漿孔

注漿孔應(yīng)用全站儀、皮尺進(jìn)行實(shí)地測(cè)量放樣，鉆孔實(shí)際位置原則誤差不應(yīng)超過(guò)0.5 m。因受地形影響，鉆孔不能放在設(shè)計(jì)位置時(shí)，可視具體情況在設(shè)計(jì)代表和工程監(jiān)理的認(rèn)可下予以調(diào)整。

1.5.2 鉆探

a）用φ146鉆頭開(kāi)孔，鉆至完整基巖6 m后，下入φ146 PVC管護(hù)臂，然后變徑為φ127。

b）做好鉆探原始記錄和巖芯編錄及拍照工作。

c）鉆孔施工過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、掉鉆、埋鉆等現(xiàn)象要詳細(xì)記錄深度、層位和耗水量。

1.5.3 注漿工藝

a）C20細(xì)石混凝土 灌注系統(tǒng)由商品混凝土、混凝土輸送泵和注漿管道等組成。混凝土輸送泵：要求能滿足正常施工要求，灌注速度要求。灌注導(dǎo)管：采用89 mm導(dǎo)管，絲扣聯(lián)接。

b）M10水泥砂漿 注漿系統(tǒng)由注漿泵、壓力表、封孔裝置和注漿管道等組成。

1.5.4 施工工藝流程

本工程施工工藝流程：定點(diǎn)→成孔及下PVC管→下灌注管→灌注→終止注漿。

1.5.5 材料要求

a）灌注材料 C20細(xì)石混凝土，塌落度宜為160～200 mm。

b）水泥砂漿 M10。

c）PVC管厚度 3～5 mm。

1.6 采空區(qū)注漿施工應(yīng)注意的相關(guān)事項(xiàng)

a）首批混凝土入孔后，混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，不得中斷。

b）導(dǎo)管隨灌注高度不斷提升，但不應(yīng)高于混凝土面。

c）灌注中發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)查明原因，合理確定處置方案，進(jìn)行處理。

d）灌注孔應(yīng)間隔成孔，成孔后立刻灌注。嚴(yán)禁批量成孔，同時(shí)灌注。

e）本項(xiàng)目計(jì)劃采用商混結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)制拌的方式供應(yīng)C20細(xì)石混凝土及水泥砂漿，以保證材料供應(yīng)，解決因堵孔等施工因素引起的施工暫停問(wèn)題。

1.7 灌漿加固的檢測(cè)

采空區(qū)施工結(jié)束1個(gè)月后，鉆孔取芯、孔內(nèi)波速測(cè)試、孔內(nèi)紅外可視探測(cè)及采空區(qū)監(jiān)測(cè)等方法對(duì)采空區(qū)處治效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

檢查孔位置一是考慮布置在代表性的采空區(qū)位置，二是施工過(guò)程中出現(xiàn)異常情況的部位，檢測(cè)孔總量為15個(gè)。

檢查孔深度為地表至采空區(qū)地板的深度，終孔直徑89 mm，全孔取芯。通過(guò)孔內(nèi)取芯直接觀察采空區(qū)的漿液充填情況，鉆孔的巖芯采取率大于90%。

漿液結(jié)石率強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為混凝土柱不小于20 MPa，其他不小于 2.0 MPa。

孔內(nèi)紅外可視探測(cè)可以識(shí)別漿液對(duì)空洞、裂隙的充填情況和巖體的完整程度，并可用錄像保存，評(píng)價(jià)采空區(qū)的處治效果。

1.8 施工過(guò)程中的重點(diǎn)難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)方案

1.8.1 施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析

本工程的施工重點(diǎn)是將C20細(xì)石混凝土及M10水泥砂漿灌入采空區(qū)及覆巖裂縫中，依經(jīng)驗(yàn)及公路穿越采空區(qū)治理技術(shù)研究科研成果，我部認(rèn)為：

a）C20細(xì)石混凝土灌注孔與M10水泥砂漿同孔灌注可能會(huì)相互影響，致使水泥砂漿難以完全填充采空區(qū)空洞。φ89灌注管下至礦層位置，灌注混凝土后難以拔起。

b）依設(shè)計(jì)C20細(xì)石混凝土采用φ89灌注管進(jìn)行灌注，灌注過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生堵孔情況。采用混凝土輸送泵輸送混凝土難以控制混凝土面至礦層頂板。

c）現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入工地僅有一條道路，且道路大車(chē)聚集，交通壓力大，很可能因交通阻塞導(dǎo)致灌注暫停。

1.8.2 應(yīng)對(duì)方案

針對(duì)以上問(wèn)題，我部采用以下方案，確保工程按期、如約、保質(zhì)、保量地完成。

a）當(dāng)混凝土灌注過(guò)程中堵塞，我們優(yōu)先采取振搗疏通措施，必要時(shí)拔起灌注管采用鉆機(jī)掃孔重新灌注。若反復(fù)疏通無(wú)效，則采用φ140灌注管澆筑在穩(wěn)定基巖中做為灌注管直接灌注混凝土至孔口，然后在相鄰兩孔中間另鉆孔專門(mén)灌注水泥砂漿的方案。

b）為確保灌注質(zhì)量，我部采用邊勘察邊施工邊檢查的“三邊”動(dòng)態(tài)施工方法。灌注混凝土后及時(shí)鉆探周邊鉆孔兼做施工孔與檢查孔。

c）對(duì)于道路不暢，我部考慮充分利用高速公路，混凝土罐車(chē)停在高速公路大橋上，采用二次輸送的辦法，在施工現(xiàn)場(chǎng)配置混凝土輸送泵進(jìn)行二次泵送。

2 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)采用地面灌漿細(xì)石混凝土為主，井下砌筑為輔，塌陷冒落部位及礦柱孔灌注M10水泥砂漿的治理方案，取得明顯的效果，為高速公路的安全運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航。